Ing SAMUEL ROSARIO FRANCIA

ALIMENTADORESPiezaSistema de entrada

ALIMENTADORES

SISTEMAS DE ALIMENTACINLOS ALIMENTADORES, son diseados para prevenir la formacin de los huecos de la contraccin. (rechupes) en la pieza, durante la solidificacin.

VARIABLES:Forma.Tamao (Funcin del tamao de la pieza)Ubicacin. (Secciones de la pieza)Conexin del alimentador a la pieza.Empleo de enfriadores.Empleo de aislantes y exotrmicos.Agrupamiento de piezas.Condiciones especiales, unin de secciones.

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEO

TIEMPO DE SOLIDIFICACCIN.VOLUMEN DE ALIMENTACIN.DISTANCIA DE ALIMENTACIN.

TIEMPO DE SOLIDIFICACINREGLA DE CHVORINOV: El alimentador debe solidificar ms tarde que la pieza o seccin de pieza que alimenta.PRINCIPIOS BSICOS PARA EL DISEO:Cambios de volumen durante la solidificacin.Tipo y forma de solidificacin (metal velocidad de solidificacin)Solidificacin direccional lateral longitudinal.Variaciones de volumen de la cavidad del molde.

REGLAS PRCTICAS

Regla de la zona de accin (Nmero y posicin del alimentador segn la distancia mxima de alimentacin).Regla de la esbeltez (Fija la altura del alimentador, relacin H = k.D ( k = 0,8 1,5).Regla de las contracciones volumtricas.Regla de los mdulos de enfriamiento.

MDULO DE SOLIDIFICACINM = Volumen de la pieza fundida.Superficie de enfriamiento.Asimilando el espesor de la capa solidificada X al mdulo M de la pieza, tenemos:

MDULOS DE SOLIDIFICACIN DE PIEZAS SIMPLES 3,0 cm1,0 cm21,0 cm

CONCLUSIONES

M cubo y M placa son iguales a pesar de su gran diferencia de masas.La forma y disposicin de las superficies de enfriamiento de las piezas, tienen gran influencia sobre los mdulos.

Peso 10 kgDensidad = 7,69Volumen = IgualLa esfera tiene el mayor tiempo de solidificacin, por tener menor superficie de enfriamiento; toda forma geomtrica que se acerca a la esfera como un cubo, un cilindro tienen mayor tiempo de solidificacin que otras formas que se alejan de ellas.

ab1,0LMDULO DE SOLIDIFICACIN DE UNA BARRA

REQUISITOS BSICOS PARA LA ALIMENTACIN

Requisito trmico. El alimentador debe solidificar despus que la pieza.Requisito Volumtrico. Volumen til de metal del alimentador debe suplir la contraccin de la piezaRequisito, distancia de alimentacin (Radio de accin del alimentador todas las secciones de la pieza deben ser alimentadas por el alimentador)La alimentacin de una pieza fundida exige una accin simultnea de tres requisitos fundamentales:

REQUISITO TRMICODebe mantenerse gradientes trmicos positivos en la direccin del alimentador.

Cada frente de solidificacin mantendr contacto ininterrumpido con una fuente que provea metal lquido.

En la prctica, para garantizar que el flujo de metal lquido no sea interrumpido se debe cumplir:

Clculo del tiempo de solidificacin:B = constante que depende de las propiedades trmicas del molde y del metal.V = volumen de la pieza o parte de la pieza considerada.A = rea de extraccin del calor correspondiente.M = Mdulo de solidificacin.

Solidificacin direccional para los alimentadores:Donde:qA = Tiempo de solidificacin del alimentador.q1 = Tiempo de solidificacin de la parte 1 de la pieza.q2 = Tiempo de solidificacin de la parte 2 de la pieza.qn-1 = Tiempo de solidificacin de la parte n 1 de la pieza.qn = Tiempo de solidificacin de la parte n de la pieza en contacto con el alimentador.

Solidificacin direccional para los alimentadores:Donde:MA = Mdulo de solidificacin del alimentador.M1 = Mdulo de solidificacin de la parte 1 de la pieza.M2 = Mdulo de solidificacin de la parte 2 de la pieza.Mn 1 = Mdulo de solidificacin de la parte n-1 de la pieza.Mn = Mdulo de solidificacin de la parte n de la pieza en contacto con el alimentador.

En la prctica se impone que el mdulo de solidificacin del alimentador sea mayor que el mdulo de la parte de la pieza a la cual est directamente conectado.

2. Para las aleaciones que solidifican con un frente plano se utiliza un aumento del 20% en el mdulo de solidificacin del alimentador en relacin al de la pieza.

Mdulo de solidificacin de la unin del alimentador con la pieza, debe ser de valor intermedio

2. Para aleaciones que solidifican con un frente plano, se utiliza un aumento del 10% en el mdulo de solidificacin de la unin en relacin al de la pieza

reas y Permetros de algunas figuras geomtricas planas

Mdulos aproximados de algunas formas de piezas

REQUISITO VOLUMTRICODel metal contenido inicialmente en el alimentador, solamente una parte estar disponible para compensar la contraccin lquida de las piezas.Parte de este metal estar slido al final de la solidificacin de la pieza.El metal disponible tambin sufre contraccin volumtrica.Si un sistema de alimentacin estuviera adecuadamente proyectado y diseado, la contraccin volumtrica total aparecer como un rechupe en el alimentador.

CLCULO DEL VOLUMEN DEL RECHUPE(alimentador + pieza)Donde:Vp = Volumen de la pieza.VA = Volumen del alimentador.b = Coeficiente global de contraccin volumtrica, expresado en porcentaje.

CLCULO DEL RENDIMIENTO DEL ALIMENTADORCLCULO DEL VOLUMEN DEL ALIMENTADOR ( CRITERIO VOLUMTRICO)Donde:VA = Volumen del alimentador.VP = Volumen de la pieza.b = Coeficiente global de contraccin volumtrica, %h = rendimiento del alimentador.

RENDIMIENTO DE LOS ALIMENTADORES

Valores prcticos de b para aleaciones de cobreSobrecalentamientoAleacin50C150C Bronce comn4%4,5% Latn comn6%6,5% Latn de alta resistencia7%7,5% Bronce aluminio (10% Al / Cu-Ni)5%5,5%

Valores prcticos de b para aleaciones de AluminioSobrecalentamientoAleacin150C Al - 10 a 13% Si4,5%5,0% Al - 5 a 10% Si6,5 a 7,5%7,0 a 8,0% Al - 4 a 8% Cu6,5 a 7,5%7,0 a 8,0% Al - 3 a 6% Mg8,0%8,5 a 9,0%

Valores prcticos de b para Aceros, Fundicin Blanca y Aleaciones de MagnesioSobrecalentamientoAleacin50C150C Acero con 0,8% C6,0%7,0% Acero con 0,3% C5,0%6,0% Fundicin Blanca4,0%6,0% Aleacin de Magnesio4,5 a 5,0%5,0 a 6,0

REQUISITOS DE LA DISTANCIA DE ALIMENTACINDistancia que garantiza la eficiencia del alimentador.Se aplica a piezas o partes de piezas con secciones constantes, donde el gradiente de temperatura es muy pequeo o nulo.En piezas o en partes con geometra variables asemejndose a cuas o troncos de cono, la distancia de alimentacin se considera infinita.

En piezas o en partes de piezas con secciones constantes, con gradientes de temperatura pequeas o nulas, la distancia de alimentacin e limitada.Los valores de las distancias de alimentacin son determinadas experimentalmente, teniendo en cuenta:La geometra de la parte considerada, barra o placa.La posicin de la parte considerada en relacin con el resto de la pieza, ella est en el extremo de la pieza o entre dos alimentadores.La existencia de enfriadores.

da = distancia, efecto del alimentador (mm)2da = Mxima distancia entre dos alimentadores consecutivos (mm)da + ex = distancia, efecto del alimentador y un extremo (mm)dar = Efecto de un alimentador y un enfriador (mm)2dar = Efecto de dos alimentadores consecutivos y un enfriador intercalado.E = Espesor de la placa considerada o el menor espesor de la barra considerada (mm)

DISTANCIAS DE ALIMENTACIN DE PLACAS Y BARRAS (mm)

DISTANCIAS DE ALIMENTACIN DE PLACAS Y BARRAS ( mm)

DISTANCIAS DE ALIMENTACIN DE PLACAS Y BARRAS ( mm)

DISTANCIA MXIMA DE ALIMENTACINSlidosDistancia al alimentadorZona AZona BZona CSolidez debido al efecto del alimentadorSin solidezRechupado en la lnea centralSolidez debido al efecto del extremoZona A: Existe un gradiente trmico debido al efecto calrico del alimentador.Zona C: Existe un efecto similar debido al efecto del extremo de la pieza.La solidificacin tiene lugar direccionalmente hacia el alimentador.Temperatura

DISTANCIAS DE ALIMENTACINBISHOP MYSKOWSKY - PELLINIExiste una contribucin del alimentador y otra de la zona fra de la pieza.0,5 a 2,0 T1,5 a 2,0 TTContribucin del alimentadorContribucin de la zona fra de la piezaPara barras (en pulgadas):

Ejemplo: Una barra de T = 41,2 T = 1,2 x 4 = 4,81,8 T = 1,8 x 4 = 7,23,0 T= 12,0

Para barras horizontales: Para fines prcticos:

Para barras verticales:Para fines prcticos:

Cuando las barras son de mayor longitud:2Rechupe central0,5 a 2,0 T1,5 a 2,0 TT0,5 a 2,0 T0,5 a 2,0 T1,0 a 4,0 TTNo hay zona fra0,5 a 2,0 T0,5 a 2,0 TT22

Barras con enfriadores:Slido1,25 a 2,0 TRechupe centralTT1,25 a 2,0 T + TAumento de la contribucin al final de la pieza debido al enfriadorTTarena

En Placas:D = 4,5 TT = espesor en pulgadas.La contribucin del alimentador2 TLa contribucin de la zona fra al final de la pieza2,5 T4,5 TT2 T2,5 TContribucin del alimentadorContribucin del extremo froSlido2,5 T2 TLongitud > que D mximaT2 T2 T4 T2 T2 TTTPara placas delgadase < 1D mx = 8 TPara placas de e 4 a 12 D mx =

Placas con enfriadores:arenaSlido2,5 TT2,5 T + 2Aumento de la contribucin al final de la pieza debido al enfriador24,5 T + 24,5 T + 24,5 T + 29 T + 4TT

OTRAS RELACIONES PARA PLACAS SEGN PELLINI11,43 T cm11,43 T + 5,08 cm5,085,0810,16 T cm11,43 T + 5,0811,43 T + 5,0822,86 T + 10,16 cm

DISTANCIAS DE ALIMENTACIN ENPIEZAS COMPLEJASTHTLPlaca pesada, unida a otra ms liviana de menor espesor.DH = 3(TH TL) + 4,5DL = 3,5 THTHTMTLDM = 3,5 TH TL

Distancia de alimentacin en la placa de espesor medio

ENFRIADORESMetales o arenas ( externos)Causan que:El metal solidifique ms rpido.Establece una alta gradiente de temperaturas.Produce una buena solidificacin direccional progresiva.La macroporosidad puede eliminarse y la microporosidad reducirse.Arenas: Magnesita, Cromita, Zircn, Chamota.Almina, Carburo de silicio.e capa de arena = 1,4 T(T espesor de la pieza)echapa de acero = 1,0 T(placas)echapa de acero = 0,5 T(barras)

CLCULO DEL ENFRIADORVE = Volumen del enfriador (cm3)rM = Densidad del metal ( gr/cm3)VO = Volumen de la seccin gruesa ( a enfriar) (cm3)MO = Mdulo de la seccin gruesa (cm)L = Calor latente de fusin (ca/gr)CM = Calor especfico medio del metal en estado lquido (cal / gr. C)TS = Temperatura de sobrecalentamiento o de vertido (C)TL = Temperatura del lquidus (C)rE = Peso especfico del enfriador (cm3)TE = Temperatura del enfriador (C)CE = Calor especfico medio del enfriador (cal /gr. C)

Enfriadores con contacto directo o indirecto.Con contacto directo:Sin contacto directo:En el caso de enfriador de acero.rM = rE = 7,0 gr/ cm3CM = CE = 0,11 cal /gr. CL = 64 cal /CTS TL = 100CTE = 400C ( el enfriador debe calentarse hasta 400C)

Reemplazando estos valores se tiene:El espesor de la pared del enfriado debe ascender del 50 al 80% del espesor de la pieza en cuestin.

Para otros materiales como enfriador tales como grafito, carburo de silicio, se debe comprobar hasta que temperatura pueden calentarse e introducir sus valores caractersticos como densidad, calor especfico en la relacin del balance trmico.

ENFRIADORES INTERNOS

Permite enfriar una seccin gruesa con tanta rapidez como ocurre en una seccin adyacente ms delgada.En el clculo del volumen del enfriador interno no es posible una solucin exacta, solo tenemos aproximaciones.Tf = Temperatura de fusin del metal

DISEO DE ALIMENTADORESFORMAS UBICACIN TIPOS.DISTORCIONES MS FRECUENTES.UNIN ALIMENTADOR PIEZA (NECK)USO DE AISLANTE Y EXOTRMICOS.DIMENSIONAMIENTO BSICO.

DISTORCIONES MS FRECUENTES

REQUISITO TRMICO DISTORCIONES MS FRECUENTES

REQUISITO TRMICO DISTORCIONES MS FRECUENTES

REQUISITO TRMICO DISTORCIONES MS FRECUENTES

REQUISITO TRMICO-DISTORCIONES MS FRECUENTES

FORMA DE LOS ALIMENTADORES

EL OBJETO DE LOS ALIMENTADORES BSICAMENTE ES:

ALIMENTAR EFICIENTEMENTE LA PIEZA FUNDIDA.OBTENER EL MXIMO RENDIMIENTO METLICO.FACILIDAD DE ELIMINAR DE LA PIEZA.

ALIMENTADOR CILNDRICOEL ALIMENTADOR CILNDRICO GASTA CERCA DEL 85% DE SU VOLUMEN PARA AUMENTAR EL TIEMPO DE SOLIDIFICACIN DE SU PARTE TIL. 15% DEL VOLMEN INICIAL.MEDIOS PARA AUMENTAR EL RENDIMIENTO:AUMENTANDO EL TIEMPO DE SOLIDIFICACIN - AISLANTE Y EXOTRMICOS.REDUCIENDO EL TIEMPO DE SOLIDIFICACIN DE LAS PIEZAS ENFRIADORES.REDUCIENDO EL NMERO DE ALIMENTADORES AUMENTANDO LA DISTANCIA DE ALIMENTACIN.

FORMAS QUE PROPORCIONEN MENORES REA SUPERFICIALES PARA UN VOLUMEN DADO MAYOR MDULO DE SOLIDIFICACIN.LA FORMA ESFRICA ES LA IDEAL.PERO NO ES LA MS PRCTICA PARA EL MOLDEO.LA FORMA MS EMPLEADA ES EL CILINDRO O CILINDRO CON BASES SEMI ESFRICAS.DE SER POSIBLE EMPLEAR LA FORMA SEMI ESFRICA.

EL ALIMENTADOR DEBE ESTAR UNIDA A LA PARTE DE MAYOR MDULO DE LA PIEZA. (SECCIN MS GRUESA).SI LAS PARTES GRUESAS ESTAN SEPARADAS POR PARTES MS DELGADAS HABR QUE COLOCAR ALIMENTADORES EN CADA PARTE GRUESA.ALTERNATIVA, UTILIZAR AISLANTES O ENFRIADORES PARA MANTENER LA SOLIDIFICACIN DIRECCIONAL.

UBICACIN DE LOS ALIMENTADORES

TIPOS DE ALIMENTADORESALIMENTADOR ABIERTO:GARANTIZAN LA SALIDA DE GASES DE LA CAVIDAD DEL MOLDE DURANTE EL VERTIDO.DESVENTAJA, PIERDEN MUCHO CALOR POR RADIACIN POR LA SUPERFICIE LIBRE.EN LA FUNDICIN DE PIEZAS DE ACERO DEBEN CUBRIRSE CON EXOTRMICOS, PARA EVITAR LA SOLIDIFICACIN PREMATURA DE LA CARA SUPERFICIAL Y MANTENER EL EFECTO DE PRESIN ALTA.

ALIMENTADORES CIEGOS

PRESENTAN MAYOR EFICIENCIA TRMICA.EXIGEN LA PRESENCIA MACHOS PRESURIZADORES.PRESIN EQUIVALENTE A 1,3 METROS DE ALTURA DE ACERO LQUIDO.

UNIN DE ALIMENTADOR PIEZA - NECKEL CUELLO O NECK DEBE PERMITIR EL PASE DE METAL LQUIDO A LA PIEZA DURANTE TODO EL PROCESO DE SOLIDIFICACIN.NO DEBE SOLIDIFICAR DESPUS QUE EL ALIMENTADOR.DEBE SER DIMENSIONADO DE TAL MANERA QUE EL MDULO DEBE SER MAYOR QUE LA PIEZA Y MENOR QUE EL ALIMENTADOR.

LOS CUELLOS O NECK ,COMO BARRAS DE SECCIN RECTNGULAR CON DIMENSIONES a y b DE TAL MANERA QUE a = y. b EL ESPESOR b SE CALCULA:EN FORMA DE UN CUBO CUYA ARISTA ESTA DADA POR:SI ES FORMA CILNDRICA SU DIMETRO SER:

UNIN DEL ALIMENTADOR Y EL CUELLO

MATERIALES AISLANTES Y EXOTRMICOSLOS MATERIALES AISALANTES Y EXOTRMICOS SIRVEN PARA AUMENTAR EL TIEMPO DE SOLIDIFICACIN DEL ALIMENTADOR SIN AUMENTAR SUS DIMENSIONES.

CONSECUENCIAS:Aumenta el mdulo de solidificacin (requisito trmico)Aislante: aumenta la eficiencia en 20%.Exotrmico: aumenta la eficiencia en 45%.Aumenta el rendimiento metlico (requisito volumtrico)

MATERIALES AISLANTES Y EXOTRMICOS

PROCEDIMIENTO BSICO DEL DIMENSIONAMIENTO DE ALIMENTADORESDETERMINACIN DEL VOLUMEN DE LA PIEZA A SER ALIMENTADA, O SUBDIVIDIR LA PIEZA EN PARTES QUE TENGAN TIEMPO DE SOLIDIFICACIN DIFERENTES.DETERMINACIN DE LOS MDULOS DE ENFRIAMIENTO DE LAS DIFERENTES PARTES.DETERMINACIN DE LA SECUENCIA DE SOLIDIFICACIN DE LA PIEZA.

DETERMINACIN DE LA DISTANCIA DE ALIMENTACIN DE LA PIEZA, Y DETERMINACIN DE LOS PUNTOS DE ALIMENTACIN.

UBICACIN DE LOS ALIMENTADORES EN RELACIN A LA PIEZA.

DEFINIR EL NMERO DE PIEZAS POR PLACA Y SU DISTRIBUCIN.

ESCOGER EL TIPO DE ALIMENTADOR

DIMENSIONAMIENTO DEL ALIMENTADOR DE ACUERDO AL REQUISITO TRMICO.DIMENSIONAMIENTO DEL ALIMENTADOR DE ACUERDO AL REQUISTO VOLUMTRICO.ESCOGER LOS ALIMENTADORES DE ACUERDO AL REQUISITO MS IMPORTANTE (TRMICO O VOLUMTRICO)VERIFICAR EL COMPORTAMIENTO DEL ALIMENTADOR.DIMENSIONAMIENTO DEL CUELLO O NECK.DISEO FINAL DEL SISTEMA DE ALIMENTACIN.

MTODOS PARA DISEAR ALIMENTADORESTodos cumplen con las reglas de Chvorinov.1.- Mtodo de Caine:La disipacin del calor es una funcin del rea superficial de la pieza y la cantidad de calor es una funcin del volumen.Permite verificar si la pieza sale sana y maciza o fallada y con rechupe.

X = Relacin de solidificacinX > 1 (siempre)a, b y c son constantes que dependen del material a fundir.Para el acero:a = 0,10b = 0,03c = 1,00Ecuacin de Caine para el acero:

Y = Relacin de Caine:Se debe cumplir:

YCaine < YReal(pieza sana y maciza)

YCaine > YReal(pieza rechupada)

MacizaRechupada

2.-Mtodo de Bishop y Pellini (Naval Research Laboratory)Basado en el Factor de Forma:MacizaRechupadaF.F = Largo + AnchoEspesor(VR/ VP)Factor de Forma

Se tiene en cuenta las partes adicionales como apndices, como un % que debe aadirse a la parte principalP - BB - PP-P B-B% Vapndicee apndice/ e principal

GRACIAS POR SU ATENCIN